CN109307632A - 一种高温高压复合微动磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压复合微动磨损试验装置，高压釜设置于加热炉的加热腔，高压釜包括釜体和釜盖，釜盖设在釜体的上侧，釜体和釜盖形成一密闭腔室。切向夹具安装座设于釜体内，用于固定切向夹具，切向夹具夹持有待试验的第一试样。切向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁，并和切向夹具安装座固连。辅助支撑安装座设于釜体内，用于辅助支撑径向夹具，径向夹具夹持有待试验的第二试样。径向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁。通过高压釜的竖直安装，釜体在下，釜盖在上，减小了高压釜上部分的体积，方便操作，同时避免了高压釜频繁运动后带来的干扰因素被放大的问题。

Description

一种高温高压复合微动磨损试验装置

技术领域

本发明属于应力腐蚀材料研究技术，尤其涉及一种高温高压复合微动磨损试验装置。

背景技术

随着我国材料科学的发展，材料微动磨损研究日益深入，市场上出现了不少单独的径向冲击微动磨损或者单独的切向微动磨损等设备，而这些设备都不能很好的模拟实际工况。要模拟实际工况，实现高温高压下径向冲击微动磨损和切向微动磨损的复合微动磨损，并且精确测量与控制其微动振幅及频率，在技术上有一定的困难。目前市场上难以见到相应的试验设备。

现有的试验设备中，釜采用倒立结构，釜盖在下，釜体在上，径向微动系统安装在釜体上，随釜体一起上下运动。此结构使釜体上部分过于庞大，不利于操作，同时也给径向微动系统带来一定的干扰因素，当釜体和径向微动系统频繁运动后其干扰因素逐步放大，对试验数据的干扰也逐渐增大，从而使试验数据发生偏离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高温高压复合微动磨损试验装置，方便试验操作，且试验数据更加准确。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种高温高压复合微动磨损试验装置，包括：

加热炉；

高压釜，设置于加热炉的加热腔，高压釜包括釜体和釜盖，釜盖设在釜体的上侧，釜体和釜盖形成一密闭腔室；

切向夹具安装座，设于釜体内，用于固定切向夹具，切向夹具夹持有待试验的第一试样；

切向微动组件，切向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁，切向微动组件的连接部和切向夹具安装座固连；

辅助支撑安装座，设于釜体内，用于辅助支撑径向夹具，径向夹具夹持有待试验的第二试样；以及

径向微动组件，径向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁；

其中，

在高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，第一试样和第二试样可相切接触；径向微动组件的连接部带动径向夹具往复运动；切向微动组件的连接部的往复运动方向垂直于径向微动组件的连接部的往复运动方向。

根据本发明一实施例，切向微动组件包括第一拉杆、与第一拉杆同轴设置的第二拉杆、第一支撑导轨、第二支撑导轨和驱动机构；其中，

第一拉杆穿设于加热炉的第一侧的侧壁以及釜体的第一侧的侧壁，且第一拉杆的第一端伸出于釜体内和切向夹具安装座的第一侧固连；

第二拉杆穿设于加热炉的第二侧的侧壁以及釜体的第二侧的侧壁，且第二拉杆的第一端伸出于釜体内与切向夹具安装座的第二侧固连；

第一支撑导轨的底座以及第二支撑导轨的底座均固连在外部的试验平台上，第一拉杆的第二端与第一支撑导轨的滑轨通过螺栓固定，第一支撑导轨的滑轨与第一支撑导轨的底座上的导轨槽滑动搭接，第二拉杆的第二端与第二支撑导轨的滑轨通过螺栓固定，第二支撑导轨的滑轨与第二支撑导轨的底座上的导轨槽滑动搭接；

驱动机构的驱动端和第二拉杆的第二端连接，以实现切向夹具安装座的往复运动。

根据本发明一实施例，切向微动组件还包括切向力传感器，切向力传感器的第一检测端和驱动机构的驱动端连接，切向力传感器的第二检测端和第二拉杆的第二端连接。

根据本发明一实施例，径向微动组件包括垂直于第一拉杆所在轴线的径向加载轴、径向加载装置；其中，

径向加载轴穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁，且径向加载轴的第一端伸出于釜体内；

径向加载装置的驱动端和径向加载轴的第二端连接；

在高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，径向夹具固连于径向加载轴的第一端。

根据本发明一实施例，径向微动组件还包括径向力传感器，径向力传感器的第一检测端和径向加载装置的驱动端连接，径向力传感器的第二检测端和径向加载轴的第二端连接。

根据本发明一实施例，辅助支撑安装座上设有第一支撑轴承和第二支撑轴承，第一支撑轴承设于径向夹具的往复运动方向的第一侧，第二支撑轴承设于径向夹具的往复运动方向的第二侧；第一支撑轴承的转动轴和第二支撑轴承的转动轴均为竖向转动轴；

在径向夹具安装状态下，第一支撑轴承和第二支撑轴承位于径向夹具的两侧并和径向夹具的侧面相切接触。

根据本发明一实施例，高温高压复合微动磨损试验装置还包括和径向加载轴同轴的辅助顶杆、顶杆轴承、辅助力传感器、辅助加载装置；其中，

辅助顶杆穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁，且辅助顶杆的第一端伸出于釜体内；

顶杆轴承转动连接于辅助顶杆的第一端，且顶杆轴承的转动轴为竖向转动轴；顶杆轴承的侧面和切向夹具安装座远离辅助支撑安装座的一侧相切接触；

辅助加载装置的驱动端和辅助力传感器的第一检测端连接，辅助顶杆的第二端和辅助力传感器的第二检测端连接。

根据本发明一实施例，高温高压复合微动磨损试验装置还包括测量夹头、测变形杆、位移传感器；其中，

测量夹头安装于切向夹具安装座上；

测变形杆的一端与测量夹头相连，测变形杆的另一端穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁，并与位移传感器相连。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中高压釜为竖直安装，釜体在下，釜盖在上。减小了高压釜上部分的体积，方便操作，同时避免了高压釜频繁运动后带来的干扰因素被放大的问题。

2)本发明一实施例中所有夹具、试样及微动轴等均安装在釜体内，便于操作，同时也避免了径向微动系统带来的一定的干扰因素，避免了釜体和径向微动系统频繁运动后其干扰因素逐步放大，对试验数据的干扰也逐渐增大，从而使试验数据发生偏离的问题。

3)本发明一实施例中四个轴设置在同一个釜体上，可通过控制加工精度轻松实现四个轴之间的位置精度，保证切向轴和径向轴的垂直度。

4)本发明一实施例中辅助顶杆的顶端设置轴承，轴承和夹具安装座接触，当辅杆轴加力及切向微动时，轴承和夹具安装座之间形成滚动摩擦，降低了摩擦力。

5)本发明一实施例中辅助顶杆后端连接一套辅助加载装置，可将辅助顶杆顶端的轴承顶到夹具安装座上，当径向微动轴施力时，辅助顶杆的力可防止切向微动组件的两根轴产生弯矩。

附图说明

图1为本发明的一种高温高压复合微动磨损试验装置的釜体结构图；

图2为本发明的一种高温高压复合微动磨损试验装置的釜体外部结构图；

图3为本发明的一种高温高压复合微动磨损试验装置的釜体内部结构。

附图标记说明：1：釜盖；2：釜体；3：下加热炉；4：上加热炉；5：辅助顶杆；6：切向夹具安装座；7：第一拉杆；8：第一支撑导轨；9：第一冷却套；10：辅助支撑机构；11：径向加载轴；12：径向力传感器；13：径向加载装置；14：径向冷却套；15：第二支撑导轨；16：切向力传感器；17：第二拉杆；18：第二冷却套；19：位移传感器；20：辅助冷却套；21：辅助力传感器；22：第一试样；23：辅助支撑安装座；24：第二试样；25：第一支撑轴承；26：第二支撑轴承；27：径向夹具；28：切向夹具；29：测量夹头；30：测变形杆；31：顶杆轴承。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高温高压复合微动磨损试验装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1，一种高温高压复合微动磨损试验装置，包括高压釜、加热炉、切向夹具安装座6、切向微动组件、辅助支撑安装座23、径向微动组件。其中，高压釜设置于所述加热炉的加热腔，包括釜体2和釜盖1，所述釜盖1设在所述釜体2的上侧，釜体2与釜盖1可配合形成一密闭的腔室。加热炉包括下加热炉3和上加热炉4，下加热炉3和上加热炉4配合并外包高压釜。通过高压釜的竖直安装，釜体2在下，釜盖1在上，减小了高压釜上部分的体积，方便操作，同时避免了高压釜频繁运动后带来的干扰因素被放大的问题。

参看图2和图3，切向夹具安装座6设于釜体2内，用于固定切向夹具28，切向夹具28夹持有待试验的第一试样22。切向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁辅助支撑固定径向夹具27，径向夹具27夹持有待试验的第二试样24。径向微动组件的连接部穿设于加热炉的侧壁以及高压釜的侧壁。其中，在高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，第一试样22和第二试样24相切接触，径向微动组件的连接部带动径向夹具27往复运动；切向微动组件的连接部的往复运动方向垂直于径向微动组件的连接部的往复运动方向，实现复合微动。通过将所有夹具、试样及加载轴等均安装在釜体2内，便于操作，同时也避免了径向微动系统带来的一定的干扰因素，避免了当釜体2和径向微动系统频繁运动后其干扰因素逐步放大，对试验数据的干扰也逐渐增大，从而使试验数据发生偏离。

进一步地，高压釜和加热组件在切向上开有切向微动组件可穿过的通孔；高压釜和加热组件在径向上开有径向微动组件可穿过的通孔。各个加载轴都设置在同一个釜体2上，可通过控制通孔的加工精度轻松实现各个轴之间的位置精度，同时保证切向轴和径向轴的垂直度。

进一步地，切向微动组件包括第一拉杆7、与第一拉杆7同轴设置的第二拉杆17、第一支撑导轨8、第二支撑导轨15和驱动机构。其中，第一拉杆7穿设于加热炉的第一侧的侧壁以及釜体2的第一侧的侧壁，且第一拉杆7的第一端伸出于釜体2内和切向夹具安装座6的第一侧固连。第二拉杆17穿设于加热炉的第二侧的侧壁以及釜体2的第二侧的侧壁，且第二拉杆17的第一端伸出于釜体2内与切向夹具安装座6的第二侧固连。第一支撑导轨8的底座以及第二支撑导轨15的底座均固连在外部的试验平台上，第一拉杆7的第二端与第一支撑导轨8的滑轨通过螺栓固定，第一支撑导轨8的滑轨与第一支撑导轨8的底座上的导轨槽滑动搭接，第二拉杆17的第二端与第二支撑导轨15的滑轨通过螺栓固定，第二支撑导轨15的滑轨与第二支撑导轨15的底座上的导轨槽滑动搭接。驱动机构的驱动端和第二拉杆17的第二端连接，以实现所述切向夹具安装座6的往复运动。在一个可选的实施方式中，第一拉杆7和第二拉杆17可以为一个直杆整体，该直杆整体穿设于釜体2的侧壁和加热炉的侧壁，在釜体2的内部和切向夹具安装座6固连。

进一步地，切向微动组件还包括切向力传感器16。切向力传感器16的第一检测端和驱动机构的驱动端连接，切向力传感器16的第二检测端和所述第二拉杆17的第二端连接。

进一步地，径向微动组件包括垂直于第一拉杆7所在轴线的径向加载轴11以及径向加载装置13。其中，径向加载轴11穿设于加热炉的侧壁以及釜体2的侧壁，且径向加载轴11的第一端伸出于釜体2内。径向加载装置13的驱动端和径向加载轴11的第二端连接。在高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，径向夹具27固连于径向加载轴11的第一端。

进一步地，径向微动组件还包括径向力传感器12。径向力传感器12的第一检测端和径向加载装置13的驱动端连接，径向力传感器12的第二检测端和径向加载轴11的第二端连接。

进一步地，辅助支撑安装座23上设有第一支撑轴承25和第二支撑轴承26。第一支撑轴承25设于径向夹具27的往复运动方向的第一侧，第二支撑轴承26设于径向夹具27的往复运动方向的第二侧。第一支撑轴承25的转动轴和第二支撑轴承26的转动轴均为竖向转动轴。辅助支撑安装座23、第一支撑轴承25、第二支撑轴承26作为径向夹具27的辅助支撑机构10，在径向夹具27安装状态下，第一支撑轴承25和第二支撑轴承26位于径向夹具27的两侧并和径向夹具27的侧面相切接触。

进一步地，一种高温高压复合微动磨损试验装置，还包括辅助顶杆5、顶杆轴承31、辅助力传感器21、辅助加载装置。其中，辅助顶杆5穿设于加热炉的侧壁以及釜体2的侧壁，且辅助顶杆5的第一端伸出于釜体2内。顶杆轴承31转动连接于辅助顶杆5的第一端，且顶杆轴承31的转动轴为竖向转动轴。顶杆轴承31的侧面和切向夹具安装座6远离辅助支撑安装座23的一侧相切接触。辅助加载装置的驱动端和辅助力传感器21的第一检测端连接，辅助顶杆5的第二端和辅助力传感器21的第二检测端连接。当辅杆顶杆5加力及切向夹具安装座6切向微动时，顶杆轴承31和切向夹具安装座6之间形成滚动摩擦，降低了摩擦力。同时，辅助顶杆5后端连接一套辅助加载装置，可将辅助顶杆5顶端的顶杆轴承31顶到切向夹具安装座6上，当径向加载轴11施力时，辅助顶杆5的力可防止切向微动组件的两根轴产生弯矩。消除了因第一拉杆7、第二拉杆17刚度不足而导致密封装置与拉杆的摩擦力增大以及密封失效问题，减小切向运动上的干扰因子。

优选地，高温高压复合微动磨损试验装置还包括测量夹头29、测变形杆30、位移传感器19。其中，测量夹头29安装于切向夹具安装座6上。测变形杆30的一端与测量夹头29相连，测变形杆30的另一端穿设于加热炉的侧壁以及釜体的侧壁并与位移传感器19相连。上位机接收所述位移传感器19测得的数据，反馈并控制驱动机构。

进一步地，高温高压复合微动磨损试验装置还包括控制机，控制机接受径向力传感器12测得的数据，反馈并控制径向加载装置13。

进一步地，一种高温高压复合微动磨损试验装置，还包括第一冷却套9、第二冷却套18、径向冷却套14和辅助冷却套20。其中，第一冷却套9置于靠近第一拉杆7外部，一端固定于釜体2上；第二冷却套18置于第二支撑导轨15上并靠近第二拉杆17外部，一端固定于釜体2上；径向冷却套14置于径向加载轴11外部并靠近径向力传感器12；辅助冷却套20置于辅助顶杆5上并靠近辅助力传感器21。各个冷却套的安装用于保护密封圈，使釜的密封更为稳定可靠。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，其余部分与实施例1相同或相似，在此不再赘述。

参看图2和图3，一种高温高压复合微动磨损试验装置，驱动装置包括伺服电机和凸轮连杆机构，把伺服电机的旋转运动转换成横向的往复运动。可通过对伺服电机和凸轮连杆机构的调整得到试验所需的切向往复运动。

进一步地，径向加载轴11的第一端也可和径向夹具27的一侧固连。

进一步地，位移传感器19为LVDT传感器。LVDT传感器实时测量釜内试样的振幅，同时上位机实时采集记录相应的数据，可实现切向上移动振幅的调整与控制。

进一步地，径向加载装置13包括低背隙的伺服电缸，可实现位置和加载力的精密控制。径向力传感器12实时测量并反馈数据给控制器，控制器再实时控制径向加载装置13实现径向正弦波或其他波型的周期冲击加载。

进一步地，第一拉杆7、第二拉杆17以及径向加载轴11通过釜体孔时，密封装置与轴密封接触，不可避免的产生摩擦力，给系统带来干扰因子，为减小密封装置摩擦力的干扰因子，第一拉杆7、第二拉杆17以及径向加载轴11的直径必须给予限制。

进一步地，第一试样22为板材，第二试样24为管材，板材与管材之间形成线接触。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，包括：

加热炉；

高压釜，设置于所述加热炉的加热腔，所述高压釜包括釜体和釜盖，所述釜盖设在所述釜体的上侧，所述釜体和所述釜盖形成一密闭腔室；

切向夹具安装座，设于所述釜体内，用于固定切向夹具，所述切向夹具夹持有待试验的第一试样；

切向微动组件，所述切向微动组件的连接部穿设于所述加热炉的侧壁以及所述釜体的侧壁，所述切向微动组件的连接部和所述切向夹具安装座固连；

辅助支撑安装座，设于所述釜体内，用于辅助支撑径向夹具，所述径向夹具夹持有待试验的第二试样；以及

径向微动组件，所述径向微动组件的连接部穿设于所述加热炉的侧壁以及所述釜体的侧壁；

其中，

在所述高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，所述第一试样和所述第二试样可相切接触；所述径向微动组件的连接部带动所述径向夹具往复运动；所述切向微动组件的连接部的往复运动方向垂直于所述径向微动组件的连接部的往复运动方向。

2.按照权利要求1所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，所述切向微动组件包括第一拉杆、与所述第一拉杆同轴设置的第二拉杆、第一支撑导轨、第二支撑导轨和驱动机构；其中，

所述第一拉杆穿设于所述加热炉的第一侧的侧壁以及所述釜体的第一侧的侧壁，且所述第一拉杆的第一端伸出于所述釜体内和所述切向夹具安装座的第一侧固连；

所述第二拉杆穿设于所述加热炉的第二侧的侧壁以及所述釜体的第二侧的侧壁，且所述第二拉杆的第一端伸出于所述釜体内与所述切向夹具安装座的第二侧固连；

所述第一支撑导轨的底座以及所述第二支撑导轨的底座均固连在外部的试验平台上，所述第一拉杆的第二端与所述第一支撑导轨的滑轨通过螺栓固定，所述第一支撑导轨的滑轨与所述第一支撑导轨的底座上的导轨槽滑动搭接，所述第二拉杆的第二端与所述第二支撑导轨的滑轨通过螺栓固定，所述第二支撑导轨的滑轨与所述第二支撑导轨的底座上的导轨槽滑动搭接；

所述驱动机构的驱动端和所述第二拉杆的第二端连接，以实现所述切向夹具安装座的往复运动。

3.按照权利要求2所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，所述切向微动组件还包括切向力传感器，所述切向力传感器的第一检测端和所述驱动机构的驱动端连接，所述切向力传感器的第二检测端和所述第二拉杆的第二端连接。

4.按照权利要求2或3所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，所述径向微动组件包括垂直于所述第一拉杆所在轴线的径向加载轴、径向加载装置；其中，

所述径向加载轴穿设于所述加热炉的侧壁以及所述釜体的侧壁，且所述径向加载轴的第一端伸出于所述釜体内；

所述径向加载装置的驱动端和所述径向加载轴的第二端连接；

在所述高温高压复合微动磨损试验装置工作状态下，所述径向夹具固连于所述径向加载轴的第一端。

5.按照权利要求4所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，所述径向微动组件还包括径向力传感器，所述径向力传感器的第一检测端和所述径向加载装置的驱动端连接，所述径向力传感器的第二检测端和所述径向加载轴的第二端连接。

6.按照权利要求4所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，所述辅助支撑安装座上设有第一支撑轴承和第二支撑轴承，所述第一支撑轴承设于所述径向夹具的往复运动方向的第一侧，所述第二支撑轴承设于所述径向夹具的往复运动方向的第二侧；所述第一支撑轴承的转动轴和所述第二支撑轴承的转动轴均为竖向转动轴；

在所述径向夹具安装状态下，所述第一支撑轴承和所述第二支撑轴承位于所述径向夹具的两侧并和所述径向夹具的侧面相切接触。

7.按照权利要求4所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，还包括和所述径向加载轴同轴的辅助顶杆、顶杆轴承、辅助力传感器、辅助加载装置；其中，

所述辅助顶杆穿设于所述加热炉的侧壁以及所述釜体的侧壁，且所述辅助顶杆的第一端伸出于所述釜体内；

所述顶杆轴承转动连接于所述辅助顶杆的第一端，且所述顶杆轴承的转动轴为竖向转动轴；所述顶杆轴承的侧面和所述切向夹具安装座远离所述辅助支撑安装座的一侧相切接触；

所述辅助加载装置的驱动端和所述辅助力传感器的第一检测端连接，所述辅助顶杆的第二端和所述辅助力传感器的第二检测端连接。

8.按照权利要求1所述的一种高温高压复合微动磨损试验装置，其特征在于，还包括测量夹头、测变形杆、位移传感器；其中，

所述测量夹头安装于所述切向夹具安装座上；

所述测变形杆的一端与所述测量夹头相连，所述测变形杆的另一端穿设于所述加热炉的侧壁以及所述釜体的侧壁，并与所述位移传感器相连。